Tratamento anaeróbio de águas residuárias da indústria têxtil /

cENTRo

TEcNoi_ÓG|co

Programa

de Pós-Graduação

em

Engenharia Química

TRATAMENTQ

ANAERÓB|o

DE

ÁGUAS

REs|DuÁR|As

DA

|NoúsTR|A

TÊxT||_

Dissertação apresentada ao Curso

de

Pós-

Graduaçäo

em

Engenharia Química

do

Centro Tecnológico

da

Universidade Federal de Santa Catarina,

como

requisito parcial à obtenção do titulo de Mestre

em

Engenharia

Química.

Orientador: Prof.

Hugo

Moreira Soares, Ph.D

SILVIA

GABRIELA

SCHRANK

FLoR|ANÓPo|_|s,

sc

por _

š'ii'.v|A

GABR|E|_A

scHRANK

Dissertação aprovada

como

requisito parcial para obtenção do título

de

Mestre no

Curso

de Pós-Graduação

em

Engenharia Química, pela comissão:

ãëífl

_ugo

_M

éyofcód/za íââzuz

eira Soares, Ph.D

Orientador

iš

Í ;

Humberto Jorge osé, Dr.rer.na“tT

Coordenador do Curso de Pós-Graduação

em

Eng. Química

Banca

Examinadora:

à

Prof. Antô gusto Ison de Souza, Dr.

fp/äâ

¿(7Mz.z

saw

f.

Hug

Moreira Soares

./íwfi/sf

Prof. Paulo Belli Filho, Dr.

_ Prof°. Regina F. P. Muniz Moreira, Dr. Sc.

"Senhor,

concedei-me

capacidade

de

aceifar as

coisas

que não posso

mudar,

coragem

para Transformar

aquilo

que

posso

e sabedoria para saber a diferença enfre ambas".

Aos meus amados

pais,

que

sempre

estiveram

ao

meu

lado

em

Todos

os

momemos

de minha

vida.

Ao meu

irmão por

me

fazer

sorrir

Ao

Departamento

de

Engenharia Química da Universidade Federal de Santa Catarina, seus professores e funcionários, pela colaboração técnica e

fornecimento das condições necessárias para o desenvolvimento deste trabalho.

Ao

professor

Hugo

Moreira Soares pela paciência, amizade, dedicação e

orientação deste trabalho.

A

Prof. Regina e aos grandes amigos do

LDPT:

Angelina, Deisi, José

Luciano, Matha, Mires e Vivian, obrigado pelo grande auxílio durante a

realização dos experimentos.

Ao

Edivilson Si/va, secretário da pós-graduação, pela seu

profissionalismo, prestatividade, competência e principalmente paciência.

Aos

amigos do

LIMA

(Laboratório Integrado do Meio Ambiente) pela

ajuda

em

algumas

análises.

Á

Malharia

MANZ

Ltda. pelo fornecimento

da água

residuária para a

realização dos ensaios.

Ao

Tiago, pela atenção e apoio nos

momentos

mais difíceis.

Aos

meus

pais, Silvio e Tânia, e ao

meu

irmão, Rodrigo, pelo incentivo.

Aos

colegas

do

CPGENQ,

pelo companheirismo.

Lista

de

Tabelas . . . _ _ . . . _ . . _ . . . . _ . . . . _ . . . _ Lista

de

Figuras . _ . . . _ . . . _ . . . . _ . _ . . . _ _ . . . . _ _ Simbologia . . . . _ . . . _ . _ . . . _ . . . _ _ . _ . _ . . . _ _ . . . _ .

Resumo

. . . _ . . . _ _ . _ . . . _ . _ _ _ Abstract _ _ . . . _ . . _ _ _ . . . _ _ . _ _ . _ . . . _ . . . . _ _ _ . . . . _ _ _ 1. Introdução _ . . _ . . . . _ . _ . . . _ . . _ . . . _ . . . _ _ _ _ 2. Objetivos _ . . _ . . . _ . . _ . . . _ . _ . . . . _ _ _ _ _ 2.1 Objetivo Geral . . . _ . . . _ . . . . _ . . _ _ _ . . . . . _ 2.2 Objetivos Específicos . _ . . . _ . . . . _ . . . . _ _ 3.

Revisão

bibliográfica _ . . _ _ _ . _ . . . _ . _ . . . _ . . . . _ _ . 3.1

A

digestão anaeróbia . _ . _ _ _ . . . _ _ _ . _ _ _ . _ . _ . . . . _ 3.2 Microbiologia e bioquímica . . _ _ . . _ . _ . . . _ . . . . _ _

3.3 Influência

de

fatores ambientais na atividade anaeróbia.

3.3.1 Temperatura . . . _ . _ . _ . . _ _ . . . . _ _ _ _ . . . _ .

3.3.2

pH

_ _ _ . _ _ _ _ _ . _ . . . _ _ . . . _ . . . _ _ . . _ _

3.3.3 Nutrientes . . . _ _ . . _ . . _ . . _ . . . _ . . . _ _ _

3.3.4 Toxicidade . . . _ _ . . . _ . . . _ _ _ _ _ _ . . . _ _ _ _

3.4 Tipos

de

reatores . . . _ . _ _ _ . . _ _ . . . _ _ _ . . . _ . _ . . _

3.4.1 Reator anaeróbio

de

contato _ _ _ . . _ _ _ . _ _ . _ _ . _ _ _

3.4.2 Filtro anaeróbio . _ . . . _ . . . . _ . . . _ . . . . _

3.4.3 Reator tubular

de

filme fixo _ . . . . _ _ . . _ _ . . . _ . . _ _

3.4.4 Reator de leito fluidizado . . . _ . . . . _ . . . _ _

3.4.5 Reator

de

fluxo ascendente e leito de lodo

(UASB)

3.4.6 Reator Híbrido . . . _ . . . . _ . . . _ _ _ . . . . _ _ _

3.5.1 Introdução _ _ . _ _ _ . _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ . . _ . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ . _ _ _ _

29

3.5.2 Matéria Prima _ _ _ _ . _ _ _ . _ . . _ . _ _ _ _ _ . _ _ _ . _ . _ _ _ _ . _ . _ . _ _ . _ _ _ 32 3.5.2.1 Material têxtil . . _ _ . . . _ . _ _ _ . _ _ . _ . . . _ _ . . . _ _ _ _ _ 32 3.5.2.2

Água

. . . _ _ 32 3.5.2.3 Corantes _ . _ . . . _ . _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ . _ _ _ . _ _ . _ _ _ . . _ _ _ _ _ _

33

3.5.2.4 Branqueadores Ópticos _ _ _ _ _ . _ _ . _ _ _ _ . . _ _ . _ _ _ _ . _ _ _ 35 3.5.2.5 Tensoativos _ _ _ _ _ . _ . . _ _ . . _ _ _ _ . . _ . . . . _ _ . . . _ . _ . _ . _

36

3.5.2.6 Espessantes . . _ _ _ _ . . _ . _ . _ _ _ _ . . . . _ _ . _ _ _ _ . _ . . . _ _ _ _

36

3.5.2.7 Produtos

de Acabamento

_ . _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ . _ _

36

3.5.3 Processo

de

produção tꛋtil _ _ _ . _ _ . _ _ _ _ . _ . _ . _ _ _ _ _ _ _ . _ _ . . _ _ 37

3.5.4 Tratamento dos efluentes

da

indústria tꛋtil _ _ . . _ . . _ . _ _ . . . _ _ _

42

3.5.4.1 Considerações iniciais _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ _ _ . _ . _ _ . . _ _ . _ _ . _ _

42

3.5.4.2 Principais etapas

do

processo

de

tratamento _ . _ . _ . _ _ _ _

43

3.5.4.3 Digestão anaeróbia aplicada

ao

tratamento

de

efluentes

têxteis _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ . _ _ _ _ . _ _ . _ _ _ _ . _ _ _ . _ _ _ _ . . _ . _ _ . _ _

47

3.5.5 Transformações abióticas no tratamento

de

efluentes . . _ . _ . _ _ _ 51

4. Materiais e

Métodos

_ . . _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ . _ . _ _ _ _ _ . _ _ . _ _ . _ _ . _ _ _ _ 53

4.1 Materiais . _ _ _ . _ _ _ _ _ _ . _ . _ _ _ . _ . _ . . _ _ . _ _ . _ _ _ _ . . . _ _ _ _ . _ _ . . _ _

53

4.1.1 Sistema _ . . . _ . _ . _ . _ . . _ _ _ . . _ . _ _ _ _ _ _ . . _ . _ . . _ . . . _ _ _ _ _ . _ _

53

4.1.2 Substrato:

amostragem

e preservação . _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ . _ . _ _ _ _ _ _ 54

4.1.3 Alimentação

do

Reator _ _ _ _ _ . . . _ _ _ . . _ _ _ . _ _ _ _ _ _ . . _ _ . . . _ _ _ 57 4.1.4 Inóculo . _ _ _ . . . _ _ _ _ _ . . _ _ . . . _ . _ _ _ _ _ . . _ . _ _ _ . _ . . . . _ . _ _

58

4.1.5 Partida

do

reator . . . _ _ . _ . _ . _ _ _ _ . _ _ _ _ . . _ _ _ . . _ . . _ _ _ _ . _ _ . _ _

58

4.2 Métodos. . . _ . . . _ . . . . _ . . _ . . . _ _ . _.

59

4.2.1

Métodos

Analíticos . _ _ _ _ . _ . _ _ . _ . _ . _ . . _ _ _ _ . _ _ . _ _ _ _ . _ _ . . _ _

59

4.2.1.1

Medida do

pH

_ . _ _ . _ _ _ _ _ . _ . _ _ _ . _ _ _ _ . _ _ _ . _ . _ _ _ _ . _ _

59

4.2.1.2

Demanda

Química de Oxigênio

(DQO)

. _ _ _ _ . . . _ _ _ _ . _ _

60

(SSV) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ . _ _ . _ _ _' _ _ _ _ _ _ _

60

4.2.1.5 Alcalinidade Total . _ . _ _ . _ . _ . . _ _ _ _ . . _ _ _ _ _ _ _ . . _ . _ _ _

60

4.2.1.6 Nitrogênio Total _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . . _ _ _ _ . _ . . . _ _ _ _ _ . . _ _ _ _ _

60

4.2.1.7 Nitrogênio Amoniacal _ . _ _ . _ _ _ _ . _ _ . _ _ . _ . _ _ _ _ _ . _ _ _ . _

63

4.2.1.8 Fósforo Total _ . _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ . . . _ . . . _ _ _ _ . _ _ . . . _ _ _

64

4.2.1.9 Ácidos orgânicos voláteis _ _ . . _ . . _ . _ _ _ . _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _

64

4_2.1_1O Análise de Cor . _ _ _ . _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ . _ _ _

65

4.2.2 Ensaios Específicos _ _ . . . _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ _ . . _ . . _ _ _ _ _ . . . _ _ _ 66

4.2.2.1 Teste

de

Atividade Metanogènica

(AME)

_ _ . . _ _ _ . _ _ . _ _

66

4.2.2.2 Teste

de

Toxicidade _ _ _ _ _ . _ . . . _ _ _ _ _ . . _ _ . _ _ _ _ _ _ . _ _ _

69

4.2.2.3 Teste

de

Biodegradabilidade _ _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ . . _ . _ _ _ . _ _

70

4.2.2.4 Análise

de

Adsorçâo _ . . . _ _ . _ _ . . . _ _ . _ _ . . _ _ _ _ _ _ . _71

Resultados

e

Discussão

. _ . _ . . . _ _ . _ _ _ . . . _ _ _ . . . _ _ . . _ . _ _ _ _ . _ . _ . 73

5.1 Resultado

da

caracterização

do

efluente . _ _ _ _ _ . . . _ _ . _ _ . . _ _ _ _ _ . _ _

73

5.2 Ensaio

de

biodegradação

em

sistema contínuo utilizando reator

híbrido . _ . . _ _ _ . . . _ . _ . _ _ _ _ _ . . . . _ _ _ _ _ _ _ . . _ _ _ _ _ _ . _ . _ _.

74

5.3 Testes

de

biodegradabilidade _ . _ _ _ . . _ _ . . _ _ _ _ . _ . _ . . _ . _ _ _ _ . . _ _ _ _

78

5.4 Teste

de

toxicidade . _ _ . _ _ . . . _ _ _ _ _ . _ . . . _ . _ . . . . _ _ _ _ . _ _ _

78

5.5 Teste

de

adsorção . _ . . . _ _ _ _ . . . _ _ _ . _ _ _ . _ _ . . . _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . _ _

80

5.6 Teste

de

atividade metanogènica específica

(AME)

_ . _ . _ _ _ _ _ _ . _ . _ _ 81

5.7 Considerações finais _ . _ _ _ . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . _ . _ _ _ . _ . _ _ . _ . _ . _ _ . . _ _ 82

Conclusões

_ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ . . . _ _ _ _ _ . . . _ . _ _ . . _ . . _ . _ . _ _ _ _ _ . _ _ _

84

Sugestões

_ _ _ . . _ . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ . _ . . . _ . . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . . . _ _

86

Tabela 3.1 Tabela 4.1 Tabela 4.2 Tabela 4.3: Tabela 4.4 Tabela 4.5 Tabela 5.1 Tabela 5.2 Tabela 5.3

LISTA

DE TABELAS

Resultados representativos dos efeitos dos metais pesados

ao

processo

de

tratamento anaeróbio . _ . . . _ _ . . . . _ . . _ . . . _ _

20

Resultado das análises da Malharia

MANZ

Ltda . . . _ _

55

Corantes utilizados pela Malharia

MANZ

Ltda., no dia 20/O5/99. _ 57

Programação

da partida e operação do Reator Híbrido . . . . _ . . _

59

Soluções estoque utilizadas nos ensaios . . _ . . . _ . _ _ _ . _ _ _

67

Mistura

de

ácidos para a solução estoque

do

teste de Atividade

Metanogënica . . . _ . . . _ . . . _ . . . _ . _ _ . _ . . _ _ _ . . . _ . 67

Resultado

da

caracterização do efluente oriundo

da

Malharia

MANZ

Ltda . . . _ _ . . . _ . . . _ _ _ . . . _ . _ . _ . . . . _ _ _ . _ . . . _ _

73

Resultado das análises de

DQO

(mg/L)

do

teste

de

adsorção. _ .

80

LISTA

DE

FIGURAS

Figura 3.1: Tratamento, produção

de

energia, alimentos e materiais, através

da

digestão anaeróbia _ . _ _ _ _ . . . _ . . . _ _ _ . . _ _ . . _ _ _ . . _ _ . . . _ _ . _ _ 5

Figura 3.2: Balanço energético dos processos aeróbios e anaeróbios . . . _ 7

Figura 3.3:

Diagrama

esquemático do processo de digestão anaeróbia _ _ . . _ _ 9

Figura 3.4:

Desenho

esquemático dos principais biodigestores . . _ _ . . . _ . _

23

Figura 3.5:

Usos da água

na Terra . . . _ . . . _ _ _ . . . _ _ . . _ _ _ . . _ . _ . _ _ 32

Figura 3.6: Despejos provenientes

do

processamento dos tecidos

de

algodão e

sintéticos _ . _ . . _ . . . _ . . . _ _ . . _ . _ . . _ _ _ . . _ _ . _ _ 41

Figura 4.1:

Desenho

esquemático

do

sistema utilizado . . _ . . . _ _ . . . _ . . . _ _ .

54

Figura 5.1: Evolução dos parâmetros

de

controle

do

reator híbrido . _ . _ . . _ _

75

Figura 5.2:Teste

de

toxicidade: produção de gás

em

função do

tempo

nas várias

concentrações de

água

residuária (inibidor) . . . _ . . . _ . . . _ _

79

Figura 5.3: Teste

de

atividade metanogènica específica: curvas de produção de

gás

em

função

do tempo

para o lodo inoculado antes e após a operação do reator . _ . . . _ _ . . . _ . . . _ . . _ 81

SIMBOLOGIA

Abs

absorbância. Alc alcalinidade.

AME

atividade metanogënica específica.

AMEMMO,

atividade metanogënica específica

máxima

em

O

mgDQO/L.

AMEMMC,

atividade metanogënica específica

máxima

na concentração

desejada.

AOV

ácidos orgânicos voláteis.

d

dia.

D.A. digestão anaeróbia.

DBO

demanda

bioquímica de oxigênio.

DQO

demanda

química

de

oxigênio.

ETE

estação de tratamento

de

efluentes.

F.A. filtro anaeróbio.

r reator.

LDPT

laboratório

de

desenvolvimento de processos tecnológicos.

SST

sólidos suspensos totais.

SSV

sólidos suspensos voláteis.

ST

sólidos totais.

SV

sólidos voláteis.

TRH

tempo de

retenção hidráulica.

RESUMO

As

operações

de

preparação e

acabamento

dos tecidos, especialmente o cozimento, alvejamento,

desengomagem

e tingimento,

em

uma

indústria têxtil

dão

origem a

uma

grande quantidade

de

despejos. Esses

despejos são

compostos

por corantes, sulfactantes e aditivos, os quais,

possuem

estrutura complexa e elevada toxicidade.

O

estado

de

Santa Catarina possui

um

grande

número

de Indústrias Têxteis,

que geram

uma

quantia considerável de efluentes e são consumidores

de

elevada quantidade de

água

para suas mais diversas etapas

do

processo. r

Atualmente, o tratamento destes despejos é

comumente

realizado

por processos físico-químicos seguidos de

um

processo biológico aeróbio.

O

processo biológico aeróbio tem

como

inconveniente a produção

de

grandes quantidades

de

lodos residuais, os quais são dispostos

em

aterros sanitários,

aumentando

os custos operacionais destas empresas.

O

uso do tratamento anaeróbio destes despejos

vem

se mostrando muito promissor por produzir

de

5 a

20

vezes

menor

quantidade

de

Iodo e melhorar a biodegradação

de

uma

série

de

corantes têxteis.

O

objetivo desse trabalho é verificar a aplicabilidade

do

tratamento anaeróbio para este tipo

de

despejo.

A

água

residuária utilizada neste trabalho foi obtida

de

uma

única

amostra (aproximadamente 1OOL), coletada

em

uma

Indústria Têxtil

de

Santa

Catarina e

armazenada

em

freezer para manter suas propriedades e caracteristicas.

Sua

DQO

foi

de 740

mgOz/L.

Para este trabalho foi construído

um

reator anaeróbio híbrido

de

aproximadamente 1L. Este foi operado durante

90

dias

com

alimentação

.

contínua diária

de

1L

da

amostra e

um

reciclo de 1:1.

Durante a operação do Reator a eficiência

em

termos de

remoção

de

DQO

variou entre

60%

e

90%

e a cor

em

torno

de 60%.

A

temperatura média

dentro

do

reator foi

de

30°C e o

pH

foi de aproximadamente 7,0.

Além do acompanhamento

diário do reator foram realizados testes

de

biodegradabiiidade anaeróbia, atividade metanogènica específica, adsorção

e toxicidade.

Com

o teste

de

adsorção foi possível verificar

que

os corantes e a

DQO

contida no efluente

não

foram adsorvidos pelo Iodo do reator. Já no teste

de

toxicidade foi observado

que

quanto maior a concentração do efluente, maior

o seu efeito inibitório sobre a população microbiana, atingindo

25%

de

inibição

da

atividade metanogênica específica

quando

a concentração da

DQO

do

efluente no teste foi igual à

do

efluente bruto (740 mgOz/L).

A

atividade metanogênica específica

do

lodo proveniente do reator

ao

fim do experimento (0,05

gDQO-CH4/gSV.dia)

apresentou valores superiores

a aqueles obtidos para o inóculo (0,037 gDQO-CH4/gSV.dia). Este fato indica

que

os microrganismos presentes foram capazes de obter vantagens nutricionais dos

compostos

químicos presentes no despejo

mesmo

sob os efeitos tóxicos e recalcitrãncia dos

mesmos.

ABSTRACT

The

preparation

and

finishing operations in the te›‹tile

manufacturing specially cooking, bleaching, desizing and dyeing generate a

large quantity of wastewater.

These

wastewater are constituted by dyestuffs,

surfactants

and

additives, which has complex structure and high toxicity. ~

Santa Catarina has a large

number

of textile industries, that generate a considerable

amounts

of effluents

and

consume

large quantities of water in their differents process stage.

Nowadays,

the treatment of these wastewaters are

commonly

carried out using physico-chemical folowed by biological aerobic processes.

The

biological aerobic process has as incovenience the production a large quantity of sludge residue, that are disposed in industrial landfil, increasing operational

costs of these industries.

The

use of anaerobic treatment of these wastewaters

has

been

showing to

be

promissing, producing 5 to

20

times less sludge

and

improving the biodegradation of

many

dyeis.

The

objective this work is to verify

the application of anaerobic treatment to this kind of wastewater.

The

wastewater used for this work

was

obtained from onlyone

sample (approaching 100L), collected in textile industry in a Santa Catarina

and

store in freezer to keep their proprieties

and

characteristics. lt's

COD

was

740

mgOz/L.

For this work, a 1L hybrid anaerobic reactor

was

constructed. lt

was

operated during

90

days, continued feeded with 1L of the sample

and

a 1:1

recycle.

During the operation of the reactor the

COD

removal efficiency

varied in the range of

60%

to

90%

and colour removal around

60%. The

average

Beyond

the reactor daily retinue analysis it

were

carries out

anaerobic biodegradability, specific

metanogen

activity, adsorption

and

toxicit

tests.

With the adsorption test

was

possible verify that the dyes

and

the

COD

contents in effluent wasn't adsorption by the sludge inside the reactor. Already in toxicit test

was

abserve that as larger the concentration of the

effluent, largest your inhibition efect over microbiological population, getting

25%

of inhibition of the specific

metanogen

activity

when

the

COD

concentration of

the effluent in this test

was

equal to textile waste water (740 mgOz/L).

The

specific methanogenic activity of the sludge from the reactor in

the

end

of the experiment (0,05

gCOD-CH4lgSV,day) showed

bigger values

compared

to the

ones

obtained with the inoculum (0,037 gCOD-CH4IgSV.day).

This fact indicate that the micfoorganisms

were

able to obtain nutricional advantages from the chemical

compounds

'of _{the wastewater,} even by the toxic

1JNTRoouÇÃo

O

maior

consumo

de

matérias-primas e energia e os grandes despejos industriais no meio ambiente

vêm

provocando reações justas e necessárias

em

segmentos da

população .ezem entidades, governamentais ou

não, preocupados na preservação dos ecossistemas.

A

interação entre

atividades industriais e o meio ambiente

tem

sido

tema da

maior relevância

política e social na atualidade.

Não

é desconhecido o fato de que, hoje,

produtos químicos oferecidos no

mercado

estão sujeitos a inúmeras restrições

legais. _

As

operações de preparação e

acabamento

dos tecidos

em

uma

Indústria Têxtil

dão

origem a

uma

grande quantidade de despejos. Esses

despejos são compostos por corantes, surfactantes e aditivos, os quais,

possuem

estrutura complexa e elevada toxicidade.

ç

.

O

estado

de

Santa Catarina possui

um

grande

número de

Indústrias Têxteis,

que geram

uma

quantia considerável de efluentes e são consumidores

de

elevada quantidade

de água

para suas mais diversas etapas

do

processo. l

~

Atualmente, o tratamento destes efluentes é

comumente

realizado

utilizando-se processos físico-químicos seguido de

um

sistema biológico

aeróbio.

O

sistema aeróbio tem

como

inconveniente a produção de grandes

quantidades

de

lodos residuais, os quais são dispostos

em

aterros sanitários, acarretando

em

alto custo financeiro para a empresa.

O-desenvolvimento

de

sistemas

de

tratamento mais eficientes

com

custos operacionais reduzidos, além

de

alternativas tecnológicas para redução e disposição final

de

Iodo produzido, são os desafios a

serem

enfrentados nesta

para estes fins,

uma

vez que, dentre outras vantagens

degradam

compostos

orgânicos aromáticos

de

difícil degradação via aeróbia,

que

são os principais

componentes

dos corantes utilizados nestas indústrias.

Além da

capacidade

de

reduzir a cor dos efluentes, o processo anaeróbio produz

de

5 a

20

vezes

menos

lodo biológico

comparado

com

o aeróbio.

Muitos trabalhos relativos

ao

tratamento

de

efluentes têxteis e corantes

tem

sido desenvolvidos na

UFSC. No

próprio Departamento de

Engenharia Química e Engenharia de Alimentos

(EQA)

foram realizados

experimentos

com

carvão ativado e tratamento biológico aeróbio

de

corantes.

No

Departamento

de

Engenharia Sanitária há

também

um

grupo

de

pesquisadores

que

vem

desenvolvendo trabalhos

com

o efluente têxtil, tratando

o

mesmo

com

um

reator aeróbio

de

leito fluidizado e por ozonização.

O

uso

da

digestão anaeróbia

em

escala real tem sido bastante

utilizada para tratar

uma

série

de águas

residuárias principalmente esgostos e

efluentes

de

cervejaria.

No EQA/UFSC

há

um

reator anaeróbio

em

operação

para degradar

compostos

organoclorados.

Este trabalho visa verificar a aplicabilidade do processo de

digestão anaeróbia

ao

tratamento

de

efluentes têxteis, verificar a toxicidade e

2.

OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Este trabalho teve

como

objetivo verificar a aplicabilidade do

processo

de

digestão anaeróbia, utilizando reator híbrido, ao tratamento de

efluentes têxteis.

2.2 Objetivos Específicos

-Caracterizar o efluente têxtil através de análises

como

DQO,

cor,

pH, SV, ST, SSV, SST, alcaiinidade, nitrogênio total e fósforo total.

- _{Verificar a toxicidade} e a biodegradabilidade deste efluente na

digestão anaeróbia.

- _Determinar parâmetros

de

operação e controle

do

sistema, além de parâmetros

de

projeto para futura ampliação de escala.

- _{Verificar a eficiência}

de

um

_reator híbrido no tratamento deste

3.

REv|sAo

B|Bi.|ocRÁ|=icA

3.1

A

digestão anaeróbia

Conforme

SPERLING

(1996), o processo de fermentação anaeróbia apresenta-se

como

uma

das melhores alternativas para o tratamento de produtos altamente poluidores

como

resíduos industriais , esgoto doméstico,

lixo urbano, vinhoto e resíduos animais, convertendo-os

em

produtos úteis

como

o

metano

e biofertilizantes.

Há

muito conhecido, o processo de digestão

anaeróbia beneficiou-se nas últimas décadas

de

importantes avanços no

conhecimento

de

seus fundamentos, particularmente no

que

tange à

microbiologia

do

processo e à

concepção

dos reatores.

A

digestão anaeróbia transcorre

em

ausência de oxigênio e os

compostos orgânicos são

decompostos

em

uma

série

de

compostos gasosos

(CH4, COz, HzS, Hz, entre outros)

(LEMA

et al., 1997).

Para

CRAVEIRO

(1994) entre os processos

de

tratamento, a digestão anaeróbia tem se destacado, por sua característica

de

simultaneamente remover materiais poluentes e permitir recuperar recursos,

como

ilustra a Figura 3.1.

Uma

ampla

gama

de

resíduos sólidos, lodos e

águas

residuárias

podem

ser

adequadamente

tratados por digestão anaeróbia; tem

sido

mesmo

considerada a possibilidade de produção

de

energia

de

culturas

(sorgo, cana, etc) plantadas

com

o objetivo de fornecer matéria-prima para

Agâ Om_m_>/EO “2__°"_ ggägã Omñgä

8

$>_wš »W_g2g_ O WO_CQE__W šgüã

8

Omg_ëQ _OEg__2E__| H; g_â_"_ gO__m90_ö Wgwšãa _ <ww<_>_o_m H~E_a¿__9_NE

~

28

8

_O_Vg_O_O__ëOU ¡||~ W2ãN___t8

8

O_Wg$%O2 _ ÊOXEW

g

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H

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g

8UO_ _ moon: 858 OU 892 °o_ümwE°_U __mEm_:š I mooãøj wongwmm o___zm__>__|_< _w_99_0 W¶mO_n

Assim

,

uma

planta .de biodigestão

pode

.ser to ponto

de

partida

para:

I

tratamento do resíduo, visando diminuir sensivelmente seu potencial

poluidor;

I

produção

de

alimentos através do uso do excesso de lodo produzido e pela utilização do efluente líquido, seja para ferti-irrigação de culturas, ou para criação

de

peixes

ou

pela recuperação

de

sais

de

nitrogênio

e

fósforo;

I

recuperação

de

enxofre, através

de métodos

biotecnológicos

de

oxidação

de

sulfetos formados na D_.A a partir de sulfatos presentes;

I

reuso da água.

VAZOLLER

(1999), relata

que

os sistemas de biodigestão

anaeróbia foram inicialmente adotados na estabilização

da

fração sólida dos

esgotos sanitários e de resíduos agrícolas. Esta escolha deveu-se às baixas velocidades

de

degradação inerentes

ao

metabolismo anaeróbio (fermentação e

respiração anaeróbia). Por sua vez, os processos aeróbios

sempre

foram

adequados

para o tratamento

de

resíduos líquidos

com

concentrações .baixas

de

matéria orgânica, devido a

demanda

artificial de oxigênio. Assim, surgiu a necessidade

de

sistemas

que

s.uportassem concentrações elevadas

de

matéria orgânica poluente, e boas velocidades na biodegradaçäo.

A

utilização dos processos anaeróbios para to tratamento

de

resíduos

possuem

várias vantagens sobre os processos aeróbios, destacando-

se: baixa ,produção de lodo; .poucos requerimentos nutricionais

ao

processo; baixo

ou

nenhum

gasto de energia; aplicação de elevadas cargas orgânicas;

recuperação potencial

de

energia na forma

de

metano

.(.biogás); degradação

de

certos

compostos

tóxicos, tais

como

halogenados recalcitrantes à degradação

aeróbia; habilidade

em

preservar a atividade

do

lodo por longos períodos sob

desfavoráveis

no

processo

de

digestão anaeróbia, tais como:

remoção de

DQO

menor

que

em

processos aeróbios, levando à .necessidade de

um

pós-

tratamento,

em

função das características

da

água

residuária e

da

legislação; a

partida (start-up)

do

,processo é freqüentemente mais

demorada

-do

_que

_nos

processos aeróbios; a supervisão

da

operação é maior

do que

em

processos

aeróbios.

Na

Figura 3.2 é mostrado o balanço energético

de

um

processo

de

digestão anaeróbia,

em

contraste

com

um

sistema convencional

de

tratamento

aeróbio.

Lodo

a tratar

60

k

DQO

Entrada _

REATOR

.Saída

1ooi‹g

Doo

_^f§)2â10 iokg

Doo

Ludo Estabmzado

r

A

1oi<g

Doo

Eletricidade Entrada Saída

REATOR

para aeração 100kg

.DQO

ANAERÓBIO

10kgDQO

(35°C)

--1-›

/Metano

31

m3

Calor

Máximo

E-letricidade 'Máxima

195

kwh

78kwh

Figura 3.2: Balanço Energético dos processos .aeróbios .e anaeróbios

3.2 Microbiologia .e bioquímica

As

bactérias são os principais _{microrganismos responsáveis} pela

conversão

da

matéria orgânica a metano, dióxido de carbono .e eventualmente

gás sulfídrico. Outros _{microrganismos}

podem

ter certa importância no estágio

inicial

de

fermentação,

como

protozoários flagelados ligados ao trato digestivo

de

témitas e alguns fungos

que

vivem no rúmen, capazes de produzir enzimas

que atuam

na quebra

de

materiais lignocelulósicos;

também

é

mencionada a

presença

em

digestores de protozoários, além

de

fungos e leveduras,

porém

são

de

importância pequena,

comparados à comunidade

bacteriana

(CRAVEIRO,

1994).

A

conversão anaeróbia

de

um

material orgânico complexo

em

metano

e dióxido

de

carbono consta de várias etapas,

em

série ou série- paraielo,

em

que

estão incluidas

um

número

considerável de espécies

bacterianas. Vários autores apresentam diferentes representações

esquemáticas do processo

de

digestão anaeróbia: uns mais simplificados e

outros mais complexos. Porém,

mesmo

os

esquemas

mais complexos ainda

estão

aquém

de descrever todas as interações

que

ocorrem nestes sistemas.

HIRATA

(1991), demonstra

um

esquema

representativo

do

processo

que

é demonstrado na Figura 3.3,

onde

se apresenta,

esquematicamente,

as

principais etapas da degradação anaeróbia

da

matéria orgânica complexa e as populações responsáveis pelas

mesmas.

A

divisão

da

comunidade

microbiana .anaeróbia geralmente é feita

em

très grandes grupos e mais

um

quarto grupo.

H|DRÓi_|sE E

FERMENTAÇÃO

(1)

Ác|DOs

GRAxOs

ETANOL

DESIDROGENAÇÃO

AcETOGÊN|cA

(2) AcE'rATO Hz + 502

H|DROoENAÇÃO

AOETO-eÊN|cA (3) V

FORMAÇÃO

REDuT|vA DEscARBOx|1_AÇÃO

DE

METANO

(4)

DE

ACETATO

(4) CH4 + _CO; CH4 + _COz

Figura 3.3: Diagrama esquemático do processo de digestão anaeróbia. (1)

bactérias hidrolíticas fermentativas; (2) bactérias acetogènicas

produtoras

de

hidrogênio; (3) bactérias homoacetogènicas; (4)

bactérias metanogènicas. _

As

bactérias

do

primeiro grupo são

chamadas

hidrolíticas

fermentativas e são responsáveis pelos dois primeiros subprocessos,

que

são a

hidrólise das macromoléculas a substâncias monoméricas, e subsequente fermentação das

mesmas

com

produção de moléculas mais simples.

O

segundo

grupo consiste das

chamadas

bactérias acetogënicas

produtoras de Hz devido aos produtos (acetato e hidrogénio)

que

são formados

no seu metabolismo a partir dos ácidos orgânicos e outros compostos

provenientes do grupo anterior.

O

terceiro grupo é constituído pelas bactérias metanogènicas, e apresenta a maior diversidade microbiológica entre todos os grupos presentes

num

biodigestor.

As

metanogènicas pertencem a dois grandes subgrupos,

de

acordo

com

o substrato utilizado.

São

chamadas

de hidrogenotróficas aquelas

que

utilizam o Hz e

COz

para a geração de metano, na reação

de

obtenção de

energia.

As

metanogènicas

que

utilizam a quebra do acetato formando

COz

e

CH4

no seu metabolismo energético são

chamadas de

acetotróficas ou

acetoclásticas.

As

metanobactérias

do

género Methanosarcina são capazes

de

utilizar Hze COz, acetato,

bem

como

o metanol, metilamina e

CO.

O

quarto grupo,

sempre

presente

em

quantidades

menores

nos

ambientes anaeróbios complexos, é constituído pelas bactérias acetogènicas

consumidoras

de

Hz,

denominadas

homoacetogènicas. Elas

produzem

acetato a

partir do Hz e COz.

Além

desses 4 grupos mais importantes, existem muitos outros

de

menor

relevância no processo

como

um

todo,

como

os produtores

de

propionato

a partir de acetato,

COz

e Hz, ou os microrganismos capazes de sintetizar ácidos

Bactérias hidrolíticas fermentativas

Estas bactérias são responsáveis pela hidrólise das

macromoléculas a substâncias

monoméricas

e a subsequente fermentação das

mesmas

com

produção

de

moléculas mais simples. Elas hidrolisam os

polímeros, dissolvidos ou não,

como

proteínas, carboidratos e lipídeos, através

da produção

de

enzimas extracelulares (celulases, amilases, lipases, proteases,

etc), obtendo moléculas suficientemente

pequenas que

podem

atravessar a

membrana

celular. Dentro das células, essas moléculas são metabolizadas a moléculas

menores

ainda,

que

são lançadas

ao

meio

em

forma de

uma

variedade

de

produtos, tais como: acetato, propionato, butirato, etanol, COz, Hz, etc

(SOARES

e

HIRATA,

1997).

Os

produtos finais do metabolismo dessas bactérias,

dependem

tanto

do

substrato inicial, quanto das condições ambientais.

No

que

tange às

condições ambientais, há grande importância

da

presença reguladora

do

Hz.

O

controle

da

concentração de Hz no meio é de importância

fundamental no estabelecimento da proporção entre os diversos produtos

intermediários produzidos pelas bactérias fermentativas

(CRAVEIRO,

1994).

O

Hz

mesmo em

concentrações relativamente baixas parece

regular o processo global

de

conversão, restringindo as reações acidogênicas

em

diversos pontos da via glicolítica. Para

que

o catabolismo prossiga é

necessário

que

o

NADH

produzido seja regenerado a

NAD,

conforme apresentado na

equação

3.1. Essa função é alcançada pela redução

de

prótons

para formar gás-hidrogênio:

NADH

+ H* -› Hz +

NAD*

AGO

= +1ô,o K1

`

(s.1)

Embora

o equilíbrio

da

reação seja fortemente no sentido

da

formação de

NADH,

a reação

pode

prosseguir para a direita,

desde que

a

pressão parcial de Hz seja mantida muito baixa. Essa condição

pode

ser cumprida na presença

de

uma

população de bactérias metanogënicas

que

metabolizam o Hz

de

forma eficiente

(SOARES,

1990).

Vários fatores

podem

causar o desequilíbrio

do

sistema,

provocando

um

aumento da

concentração

de

Hz no meio, fazendo

com

que

o

equilíbrio

da

equação

(3.1) se desloque para a esquerda, fazendo

com

que

haja

a formação preferencial

de

produtos reduzidos, tais

como

o etanol, butirato e

propionato,

ao

invés

de

acetato,

COz

e Hz.

Bactérias acetogênicas produtoras

de

hidrogênio

O

nome

do

grupo se deve aos principais produtos formados, o

acetato e o hidrogênio, através

do

metabolismo das substâncias gerados pelo

grupo anterior.

No

caso

de

partir de compostos

de

número

ímpar

de átomos

de

carbono, há formação

também

de

dióxido

de

carbono na acetogênese

(SOARES

e

HIRATA,

1997).

A

primeira

documentação

de

um

microrganismo desse grupo

demonstrou

que

a fermentação do etanol apresentada na

equação

3.2, atribuída

a

uma

bactéria metanogènica, Methanobacillus omelianskií, representava, na

verdade, a

ação de

uma

associação sintrófica de duas espécies,

uma

denominada

organismo

S

e a outra,

Methanobactefium

M.O

H.

O

organismo

S

produz acetato e hidrogênio a partir

do

etanol , enquanto

que

a metanobactéria

utiliza o hidrogênio para reduzir o COz, produzindo metano. Estas reações estão

apresentadas nas

equações

3.3 e 3.4 respectivamente.

2 +

HCO-3

-) +

_CH4

+ H+

AGO

= -132,7Kj

cH3cH,oH

+

_Hzo

-›

cH3coo'

+ _2Hz + H* (3.3)

Aoc

= _+9,ôKj

4Hz +

HCO`3

+ H* -›

_CH4

+

_3HzO

(3.4)

A

equação

3.3 é extremamente desfavorável do ponto

de

vista termodinâmico e só é possível se a

equação

3.4 ocorrer simultaneamente,

retirando o hidrogênio do meio e deslocando o equilíbrio da reação para a

direita.

O

mesmo

tipo de interação entre as bactérias acetogënicas e as metanogênicas, apresentada para a degradação do etanol, se estende à degradação dos ácidos orgânicos,

como

pode

ser observado nas

equações

3.5

a 3.8 apresentadas a seguir:

#

propionato:

- _{bactéria acetogènica catabolizando propionato:}

CH3CHzCOO`

+

_3HzO

-›

CHzCOO`

+

HCO`3

-+ H"~+ _{3Hz (3.5)}

AGo

= +76,2Kj

- _{associação acetogènica + metanogênica (3.5 e 3.4)}

4CH3CHzCOO`

+

_3HzO

-›

4CH3COO`

+ HC.O`3 + H* -+

3CH4

_(3.6)

AGo

= _-102,0Kj

#

butirato:

- _{bactéria acetogènica catabolizando butirato}

CHzCHzCHzCOO`

+

_HzO

-›

_2CH3COO`

+ H" + 2H2 (3.7)

AGo

= _+48,1Kj

- _{associação acetogènica + metanogènica (3.7 e 3.4)}

2CHzCHzCHzCOO`

+

HCO`z

-›

4CH3COO`

+ H" + CH., +

HzO

(3.8)

Bactérias

homoacetogênicas

Contrariamente das acetogènicas produtoras de hidrogênio, as

bactérias deste grupo são consumidoras

de

hidrogênio _e

produzem

acetato a

partir de dióxido

de

carbono

como

fonte de carbono.

Este grupo está presente

sempre

em

quantidades

menores

nos ambientes anaeróbios complexos.

A

contribuição deste grupo na produção

de

acetato é pequena,

podendo

chegar a

2%

do total. Por esta razão, às vezes,

este grupo é omitido nas representações do processo anaeróbio

_(SOARES

e

HIRATA,

1997).

Bactérias

metanogênicas

As

metanogênicas são os únicos organismos capazes

de

transformar o acetato e hidrogênio

em

produtos finais gasosos.

Sem

esse grupo

de microrganismos, a efetiva _{degradação da matéria orgânica}

_não

_se

completaria, devido à

acumulação

dos produtos dos microrganismos

fermentativos, especialmente ácidos graxos e álcoois

_(CRAVEIRO,

1994).

São

organismos anaeróbios obrigatórios e necessitam de

um

ambiente redutor

com

potencial redox

menor que

-300mV

para o seu

crescimento, razão pela qual o seu isolamento

não

foi possível até o

desenvolvimento

de

técnicas

de

cultivo

em

anaerobiose eficazes

(SOARES

e

HIRATA,

1997).

Todas

as bactérias metanogênicas têm

uma

característica

em

comum:

utilizam

um

grupo metil

como

receptor final de elétrons, formando o metano. Esta é

uma

reação termodinamicamente favorável, e serve

como

um

reservatório

de

elétrons para as reações de oxidação

em

meio estritamente

anaeróbio.

Existem inúmeros tipos

de

bactérias metanogênicas devido a sua heterogeneidade

de

forma e estrutura.

A

característica

comum

entre elas é a forma

de

obtenção de energia para crescimento,

que

ocorre através

de

um

mecanismo que

leva a formação de metano. Utiliza para tanto os produtos metabólicos dos microrganismos anteriormente descritos, particularmente Hz,

COz

e acetato

(SOARES,

1990).

As

metanobactérias apresentam 3 coenzimas específicas, não encontradas

em

nenhum

outro organismo; a coenzima

420

ou fator

420

(F-420)

envolvida no transporte

de

elétrons, coenzima

M

(CO-M)

relacionada

com

as reações

de

transferência

do

radical metil e o fator

B que

é

uma

coenzima

sensível a Oz, estável

ao

calor e

que

participa na formação enzimática

do

metano.

Também

apresentam outra particularidade

que

consiste em,

ao

contrário

de quase

todas as outras bactérias,

não

apresentarem ácido murãnico

na parede celular.

O

Fator

420

(F-420)

vem

sendo

utilizado

como

uma

forma de medir

indiretamente a concentração das metanobactérias

ao

meio

em

fermentação,

devido as suas propriedades fluorimétricas.

As

metanobactérias são divididas

em

dois grandes subgrupos, de acordo

com

o substrato utilizado

como

fonte

de

energia.

As

que

utilizam hidrogénio são

chamadas

de hidrogenotróficas.

A

fonte de carbono para elas é principalmente o dióxido de carbono.

Algumas

são

capazes

de

crescer

também

em

formiato, metanol, monóxido

de

carbono e

metilamina,

que

são intermediários

menos

importantes dentro

de

um

biodigestor.

As que

usam

a quebra do acetato

como

fonte de energia e

de

carbono são

chamadas

de

acetotróficas ou acetoclásticas

(SOARES

e

HIRATA,

1997).

Apenas

2 gêneros de metanobactérias acetotróficas são

conhecidas: Methanosarcina e Methanothrix,

havendo

espécies mesofilicas e espécies termofílicas.

As

bactérias

do

gênero Methanosarcina são pseudosarcinas

que

ordem de

5mM

e

tempo de

geração de 30 horas (ou velocidade específica

máxima de

crescimento

de

0,55 d`1).

Podem

utilizar além

do

acetato

também

metilaminas, metanol e hidrogênio.

As

bactérias

do

gênero Methanothrix, são bacilos

que formam

longos filamentos.

Têm um

Ks

entre 0,7 e

1,2mM

e

tempos

de geração entre

65

e

70

horas (ou velocidade específica

máxima de

crescimento entre 0,26 e

0,24 d"). Utilizam

apenas

acetato

como

substrato e devido à sua maior

afinidade por este substrato, são preferidas

em

biodigestores.

Em

geral os lodos

granulados dos reatores

UASB

contêm alta porcentagem de Methanothrix

(cRAvE|Ro,

1994).

3.3 Influência

de

fatores ambientais

na

atividade anaeróbia:

Já

que

as metanobactérias são os organismos mais sensíveis e limitantes

da

velocidade, é necessário

que

as condições ambientais sejam controladas

de

modo

a favorecer a atividade e crescimento delas. '

3.3.1

Temperatura

Cada

bactéria

tem

uma

condição Ótima

de

temperatura na qual

apresenta a maior velocidade

de

crescimento

em

condições ideais. Desta forma o crescimento torna-se mais lento (maior

tempo

de geração) na

medida que

a temperatura se afasta

da

temperatura ótima. Para qualquer microrganismo, existe

uma

temperatura

máxima

e mínima acima ou abaixo da qual

não

ocorre crescimento

da

célula (

CARVALHAL,

1999).

Na

faixa mesofílica (20-45°C), a temperatura ótima se situa

em

torno

de 35°C

e

na

faixa termofílica (45-65°C),

em

torno

de

55°C

(SOARES

et

temperatura.

A

redução

da

fração

de

material orgânico provavelmente

pode

ser

atribuída a

uma

baixa taxa de hidrólise, fazendo

com

que

uma

grande parte das

partículas sólidas e macromoléculas

permaneça

intacta.

Em

termos práticos isto

não

significa

que

o material orgânico não possa ser removido

de águas

residuárias a temperaturas baixas: é possível

que

o material orgânico

particulado seja incorporado no lodo do tratamento através

da

adsorção,

floculação ou decantação ou outro processo não biológico

(VAN

HAANDEL,

1994).

Segundo

SOARES

(1990), o processo apresenta

uma

maior

instabilidade nos seus parâmetros de controle,

quando

operado

na

faixa

termofílica, e

quando

ocorre variações da temperatura, esse problema se agrava,

podendo

afetar mais seriamente o processo.

Para

VAN

HAANDEL

(1994), a digestão anaeróbia é possível a

temperatura baixa (10°C),

mas

a eficiência e taxa de digestão diminuem muito

com

a diminuição

da

temperatura.

Em

torno

de

35°C obtém-se a taxa

máxima

da

digestão anaeróbia.

3.3.2 pH`

A

maior parte dos microrganismos crescem

em

pH

7 ou próximo

de

7 (neutro) e

não

crescem

em

condições muito ácidas ou muito alcalinas

(CARVALHAL,

1999).

O

valor e a estabilidade do

pH

no reator anaeróbio são

extremamente importantes:

uma

taxa elevada

de metanogènese

só

pode

se desenvolver

quando

o

pH

se

mantém numa

faixa estreita, perto

do

valor neutro:

se o

pH

tiver

um

fator

menor que

6,3 ou superior a 7,8 a taxa

de metanogènese

diminui rapidamente.

As

populações para a fermentação ácida são muito

menos

fermentação ácida

pode

prevalecer sobre a fermentação metanogènica, tendo

como

resultado o

azedamento do

conteúdo

do

reator

(VAN

HAANDEL,

1994).

Conforme

SOARES

(1990), valores de

pH

abaixo de 6,0 e acima

de 8,0, praticamente

fazem

cessar a produção de metano.

SOARES

(1990), lembra ainda que, o

pH

está intimamente ligado a

concentrações de ácidos orgânicos voláteis no meio, resultante do equilibrio

entre as populações

de

microrganismos e a alcalinidade total

do

sistema.

Portanto, qualquer desequilíbrio no sistema provoca o acúmulo

de

ácidos

orgânicos no meio e conseqüente

queda

de pH.

2.3.3 Nutrientes

Nitrogênio, fósforo e diversos micronutrientes são essenciais para

a atividade bacteriana. Alguns residuos,

como

lodo

do

esgoto, geralmente

contém

todos os nutrientes necessários

em

quantidades suficientes,

ao

passo

que

para outros é necessário

uma

correção

do

meio

(CRAVEIRO,

1994).

Várias são as concentrações relativas, entre os principais elementos constituintes das células, apresentadas na literatura.

Na

realidade estas relações

dependem

da disponibilidade de cada elemento no meio

em

digestão, além

da

fração destinada

ao

crescimento celular e

da

eficiência do

processo.

É

normalmente encontrada a

recomendação que

se

mantenha

uma

relação entre a fonte

de

carbono

com

os principais macronutrientes, como:

A

C:N:P:S =150:5:1:1

DQO:N:P:S

= 5001521 :1

Segundo

LEMA

et al. (1997),

uma

das principais vantagens

do

processo anaeróbio é a sua baixa necessidade de nutrientes, devido logicamente a baixa produção celular.

3.3.4 Toxicidade

Para

CRAVEIRO

(1994), praticamente qualquer substância

pode

ser estimuladora, inibidora

ou

tóxica

ao

processo biológico.

O

efeito observado

dependerá da

concentração

da

substância no reator e eventualmente da relação entre sua concentração e a fonte de carbono. Naturalmente

que

a forma

como

é operada

uma

estação

de

tratamento anaeróbio,

também

é importante

para a eventual

ação

deletéria

de

uma

dada

substância presente no efluente a

ser tratado.

ø _Metais

pesados

Vários metais

pesados

podem

aparecer

em

efluentes industriais e

mesmo

em

esgotos municipais, estes são extremamente tóxicos aos microrganismos

em

concentrações relativamente baixas.

Segundo

DELÊE

et al. _(1998), a principal fonte de metais pesados

em

Indústrias Têxteis se encontra no processo de tingimento

do

tecido.

Os

metais pesados

podem

ser provenientes ou

da

própria

molécula

do

corante

como

é o caso

do

Cromo

nos corantes ácidos ou

do Cobre

nos corantes diretos, ou

serem

originários

de

outros materiais utilizados no processo de tingimento, tal

como

o Mercúrio presente

em

vários reagentes

químicos

(PERES

e

ABRAHÃO,

1999).

A

toxicidade

também

surge de outros reagentes utilizados no

tingimento. Alguns estudos tem mostrado

que

alguns corantes e surfactantes

podem

conduzir à inibição

de

sistemas biológicos e

serem

tóxicos para peixes

(CORREIA

et al., 1994).,

A

Tabela 3.1, proposta por

MALINA &

POHLAND

(1992),

representa resultados dos efeitos de metais pesados nos processos de tratamento anaeróbio.

Tabela 3.1: Resultados representativos dos efeitos dos metais pesados

ao

processo

de

tratamento anaeróbio

Configuração Produto químico

mg

metalIL

observações

do

Processo

reator anaeróbio

de

15 L,

TRH

de

10 dias à 35°C. reator anaeróbio

de

19 L,

TRH

de 17 dias à 30°C reator anaeróbio

de

1,5 L,

TRH

de

20

dias à 35°C Fonte:

POHLAND,

Ni(NO3)z 10, 50,

250

10 mg/L inibição, 30 mglL CU(NO3)2 20, 100,

500

40 mg/L inibição, 70 mglL limite de tóxico

Cd(NO3)z 20,50,100 não há nível de inibição ou

limite de tóxico Pb(NO3)z 80, 400,

2000

340 mg/L inibição, >250 mg/L limite tóxico Zn( NO3)2 400, 2000, 15000 400 mg/L inibição, >600 mg/L limite tóxico

NÍSQ4

10, 40,

200

não há inibição

com

277

mg

Ni/L no lodo

ZHSO4

2.5,

20

digestão normal

com

10 a

20

mg

Zn/L Zn(CN)z 16 20

mg

Zn/L causa inibição

CuSO4

397,

794

50%

inibição a 211 mg/L

ZHSO4

409, 817

50%

de inibição a 136 mg/L

NÍSÔ4

367,

734

50%

de inibição a 134 mg/L

FGSO4

349,

698

F. G. and

MALINA,

J. F. (1992). não há inibição

Segundo

SOARES

e

HIRATA

(1997), os ácidos acético, propiônico

e butírico são os mais

comuns

num

reator anaeróbio.

Em

situações de baixos

valores

de

pH, parte destes ácidos ficam na forma molecular.

Nessa

forma,

podem

passar pela

membrana

celular,

ao

contrário

de

seus sais, e causar efeito

tóxico.

É

mais

uma

razão pela qual é imprescindível manter

um

nível de

pH

adequado.

ø _Oxigênio

Segundo

POL

et al. (1998), o oxigênio é usualmente considerado,

como

um

composto

potencialmente tóxico às anaeróbias, especialmente para as acetogênicas e metanogênicas. Contudo, algumas metanogênicas

possuem

alguma

tolerância à exposição ao oxigênio. Diversas delas contém a enzima superoxidase dismutase, a qual neutraliza os radicais tóxicos

do

oxigênio.

A

concentração de oxigênio causou

em

torno

de

50%

de

inibição

da atividade metanogènica

quando

adicionado de 0,05 a 6 mg/L

de

oxigênio

dissolvido

em

frascos fechados

(KATO

et al., 1997). ,

Para

VAN HAANDEL

(1994), se a “aeração” não for muito intensa,

o oxigênio introduzido será removido pelas bactérias acidogênicas e

não

haverá

indícios

de

presença

de

oxigênio ou

de

sua ação tóxica. Concluindo-se,

que

a

toxicidade normalmente

não

é

um

problema no tratamento anaeróbio

de

esgotos.

o Alvejantes

De

acordo

com

DELÉE

et al. _(1998), o alvejamento de tecidos é

atualmente realizado

usando

peróxido de hidrogênio (HzOz) ou cloritos.

Há

uma

tendência da redução

do

clorito e ácidos orgânicos voláteis são formados.

Altos níveis de clorito e HzOz

podem

causar inibição nos processos

de tratamento biológico.

É

atribuído a inibição da etapa de nitrificação

em

orgânicos voláteis (concentração

máxima

de 1,7 mg/dma) e cobre (concentração

máxima

0,9 mgIdm3). Abaixo

de

condições anaeróbias

pode

ocorre a

desalogenação redutiva dos ácidos orgânicos voláteis.

0 _Sulfato

Altas concentrações

de

sulfato são consideradas

serem

indesejáveis pois bactérias redutoras de sulfato competirão

com

bactérias

metanogênicas muito eficientemente para hidrogênio e

HzS

ao invés

de

CH4

ser

produzido

(DELÉE

ei ai., 1998).

Além da

competição por substrato, o

HzS

produzido é extremamente tóxico,

quando

concentrações acima de

150mg/L de

HS' encontra-se dissolvidas no meio (HIRATA, 1991).

3.4

Tipos

de

reatores:

De

acordo

com

VAZOLLER

(1999), a

concepção

dos reatores

anaeróbios

avançados

iniciou

como

uma

resposta à necessidade de tratamento

das

águas

residuárias

com

elevada

ÓQO. Na

Europa, durante o inicio dos anos

80, a biodigestão anaeróbia tornou-se então atraente, pois possibilitou o

tratamento

de

diferentes tipos

de águas

residuárias

de

origem industrial;

Particularmente

no

Brasil, as pesquisas realizadas

com

bioreatores

como

os

filtros anaeróbios e o reator anaeróbio de fluxo ascendente e

manta

de lodo,

permitiram a

adoção

com

sucesso desses sistemas

não somente

para as

águas

residuárias

de

origem industrial,

como

para os esgotos sanitários.

Diversos digestores

de

alta performance, para tratamento

de

águas

residuárias tem sido propostos. Aqui será feita

uma

breve discussão

sobre os tipos

de

biodigestores mais utilizados atualmente,

sendo

apresentado

alim en ta ão _

ík

Ç Leno efluente IOÕO EÕBTÍÓO GTR

~

. . . . I ata'-¡a3~:':a H ;‹›;‹›:-3.-1-1-;-1-;-1 3 “eme

oooooooooo

---›

_

Descarte de lodo de excesso

Reator anaeróbio

de

contato Filtro anaeróbio

5108515 I biogás I I

.__._.í.›

' efluente I Il efluente .ooooo

Y

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O

O

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OO

O

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l

o oÁ , reciclo reciclo

|1

1 1

'1

11'

11'

11

111

emação I alimentação aum

Reator tubdlar

de

filme fixo Reator

de

leito fluidificado

biogás . biogás _.

_

*efluente efluente 0 O O O O 0

I

o°o°o°o°o°

00000000000.

manta de lodo o 0 0 o 0 o

O

O O

manta de lodo

O

.O o O aiimentação - alimentação

Reator

de

fluxo ascendente e leito

de

Iodo

(UASB)

Reator híbrido

Figura 3.4:

Desenho

esquemático dos principais biodigestores

Fonte:

SPEECE

(1996)

3.4.1 Reator anaeróbio

de

contato

Este tipo de reator consiste de dois tanques,

onde

no primeiro,

que

requer a agitação por meio externo, ocorre a formação de

um

lodo floculento e a produção de

metano

(reator anaeróbio) e no segundo, a separação dos sólidos

em

suspensão.

No

caso de tratamento de esgoto bruto este é misturado

com

o

lodo anaeróbio ativo

de

retorno no reator de mistura completa.

Após

a

decomposição

anaeróbia da matéria orgânica, a mistura é separada no decantador ou flotador,

onde

ocorre a separação dos sólidos,

sendo

o efluente,

ainda

com

alta carga poluidora,

encaminhado

para tratamento posterior

(FLoRÊNc|o,

1999).

Segundo

SOARES

(1990),

uma

das principais críticas é quanto a

sedimentabilidade dos sólidos do efluente no decantador secundário, devido as bolhas de gás

que

ficam aderidas às partículas. Outra crítica é quanto a energia

necessária para promover a agitação nesses sistemas.

á

O

sistema

de

contato tem

como

vantagem,

em

relação a outros

reatores

de

alta eficiência, a possibilidade de tratar

águas

residuárias contendo

concentrações relativamente elevadas de sólidos

em

suspensão

(CRAVEIRO,

1994).

3.4.2 Filtro anaeróbio

Os

filtros anaeróbios consistem de tanques preenchidos

com

um

material de suporte inerte (pedra, plástico, etc),

também chamado

de

leito,

que

permanece

estacionário, aos quais os microrganismos crescem tanto nos

espaços vazios quanto aderidos ao meio fixo,

onde formam

uma

película de

biofilme na sua superfície, propiciando assim

uma

alta retenção de biomassa no

reator. Por esta razão é desejável

que

o material inerte tenha

uma

grande área

tratamento

(FLoRÊNc|o,

1999).

Deve-se estar atento

ao

fato de

que

o tipo de enchimento utilizado

é

um

dos fatores determinantes quanto a viabilidade desse sistema, pois estes

devem

ser leves, possuir grande área superficial, possuir grande volume de

vazios e

serem de

custo reduzido

(SOARES,

1990).

3.4.3 Reator tubular

de

filme fixo

Segundo

CRAVEIRO

(1994), este tipo de reator utiliza

como

suporte tubos ou placas dispostas

de

tal

modo

que

se criam canais verticais.

O

material

pode

ser cerâmica,

PVC, mantas

de poliéster, etc.

O

reator normalmente é de fluxo ascendente e parte

do

mesmo

princípio

do

filtro anaeróbio

onde

os microrganismos crescem aderidos ao

suporte,

onde formam

uma

película de biofilme na sua superfície.

3.4.4 Reator

de

leito

fluidificado

Consiste

de

um

tanque vertical,

em

geral cilíndrico e

de

fluxo ascendente,

onde

os microrganismos crescem aderidos a

um

fino material inerte

de

suporte,

com

área superficial muito grande,

que permanece

suspenso no

reator. Para promover a

expansão do

leito

pode

ser necessário a recirculação

do

efluente tratado.

Dependendo do

grau de

expansão

do leito o reator é

chamado

de

leito expandido ou fluidizado

(FLORÊNCIO,

1999).

A

diferença

que

existe entre este sistema e o

de

filtros anaeróbios

é o tipo

de

material utilizado

como

suporte dos microrganismos e a aplicação de elevadas taxas

de

recirculação

do

efluente tratado para fluidificar o material

nele contido. Geralmente, usa-se areia

como

material para suporte, porém,